基于点衍射干涉技术的三维绝对位移测量方法研究

发布时间：2017-07-29 04:20

  本文关键词：基于点衍射干涉技术的三维绝对位移测量方法研究

  更多相关文章： 三维绝对位移 精密测量 点衍射干涉 相位解调 最优化方法

【摘要】：三维绝对位移测量在精密测量、设计以及制造领域中发挥着重要的作用,但目前的三维绝对位移测量系统(如坐标测量机和激光跟踪仪等)存在成本及维护费用高、设备巨大、结构复杂等缺点。本文结合当前光学精密检测领域的一大研究热点——点衍射干涉技术,提出了基于点衍射干涉技术的三维绝对位移测量方法,目的是设计一种低成本、高精度的三维绝对位移测量系统。文中阐述了系统的测量原理,搭建了实验平台,并进行了模拟仿真及实际测量实验以验证系统的可行性。首先,本文提出了基于点衍射干涉技术的三维绝对位移测量系统,介绍了系统的测量原理,并分别阐述了系统组成模块的功能及作用,主要包括系统光路、点衍射探头、图像采集、计算机控制及数据处理。其次,根据点衍射理论以及本系统的测量原理建立了测量系统的数学模型。针对系统中的相位解调计算,介绍了移相算法和傅里叶变换两种方法,并采用移相算法进行相位信息的求解。对于三维绝对位移的计算,提出了最优化重构算法,并介绍了多种最优化方法,包括算法原理及计算流程,采用粒子群优化算法(PSO)进行绝对位移的求解。再次,利用本文提出的测量原理及测量的数学模型进行三维绝对位移的测量计算。本文为验证PSO算法的可行性及鲁棒性,进行了无噪声和含噪声的仿真分析;为最大限度地提高测量精度,对PSO算法中的参数进行了模拟仿真分析。结果表明本文提出的测量系统在仿真情况下可达到纳米量级的测量精度。最后,利用本文提出的三维绝对位移测量系统进行实际测量,并与三坐标测量机进行比较,结果表明本系统的实际测量精度可达到微米量级。本文提出的基于点衍射技术的三维绝对位移测量系统成本低,便于携带,可实现现场快速的高精度测量,具有很好的应用价值及发展前景。
【关键词】：三维绝对位移 精密测量 点衍射干涉 相位解调 最优化方法
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 课题研究的背景及意义13-14
• 1.2 课题的研究现状14-17
• 1.3 本文的主要工作和章节安排17-19
• 1.3.1 本文的主要工作17
• 1.3.2 本文的章节安排17-18
• 1.3.3 本文的创新点和难点18-19
• 2 基于点衍射干涉技术的三维绝对位移测量原理19-26
• 2.1 点衍射干涉三维绝对位移测量基本原理19-21
• 2.2 测量系统整体设计21-23
• 2.2.1 系统光路设计22
• 2.2.2 点衍射探头模块22-23
• 2.3 三维绝对位移测量系统数学模型23-25
• 2.4 本章小节25-26
• 3 光学干涉相位解调计算26-33
• 3.1 傅里叶变换法原理26-27
• 3.2 移相法测量原理27-30
• 3.3 相位展开30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 三维绝对位移重构最优化算法33-44
• 4.1 多维非线性方程组的Newton迭代法33-35
• 4.2 非线性最优化方法35-41
• 4.2.1 Newton方法36-37
• 4.2.2 拟牛顿法37-40
• 4.2.3 Levenberg-Marquardt优化方法40-41
• 4.3 智能优化算法41-43
• 4.3.1 粒子群优化算法原理41-42
• 4.3.2 算法流程42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 测量系统仿真结果分析44-54
• 5.1 移相算法的相位解调结果44-47
• 5.1.1 无噪声时的测量结果45-46
• 5.1.2 加入噪声后的测量结果46-47
• 5.2 粒子群优化算法的参数确定及仿真结果47-52
• 5.2.1 算法的参数确定47-50
• 5.2.2 粒子群优化算法仿真结果50-52
• 5.3 本章小节52-54
• 6 绝对位移测量系统实验平台及实际测量结果54-63
• 6.1 绝对位移测量系统实验平台54-56
• 6.2 绝对位移测量系统软件界面56-57
• 6.3 参与计算的像素点数量的选取57-60
• 6.4 实际测量结果60-62
• 6.5 本章小节62-63
• 7 总结展望63-65
• 7.1 总结63-64
• 7.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 作者简历69

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本文编号：587474